(57)【要約】【課題】昇圧チョッパ回路の動作開始時にリンギング状のオーバーシュート電圧が発生しても、ランプ両端電圧が始動電圧に到達することがなく、ランプのコールドスタートの生じない放電灯点灯装置を提供する。【解決手段】放電灯点灯装置１００は、脈流成分を含む直流電圧を発振動作によって昇圧する昇圧チョッパ回路１３０と、昇圧チョッパ回路１３０が昇圧した直流電圧を発振動作によって高周波電圧に変換し、変換した高周波電圧を放電灯ＬＡに供給するインバータ回路３０と、昇圧チョッパ回路２０とインバータ回路３０との発振動作の開始タイミングを制御するタイマー回路１１０とを備えた。また、動作周波数制御回路１２０は、タイマー回路１１０によるインバータ回路３０に対する発振動作の開始タイミングの制御に対応して、インバータ回路３０の発振周波数を制御する。【選択図】図１
2007265703.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電灯を点灯させる放電灯点灯装置において、
脈流成分を含む直流電圧を発振動作によって昇圧する昇圧チョッパ回路と、
前記昇圧チョッパ回路が昇圧した直流電圧を発振動作によって高周波電圧に変換し、変換した高周波電圧を前記放電灯に供給するインバータ回路と、
前記昇圧チョッパ回路と前記インバータ回路との発振動作の開始タイミングを制御するタイミング制御部と
を備えたことを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項２】
前記タイミング制御部は、
前記昇圧チョッパ回路を前記インバータ回路よりも所定の時間だけ先に発振開始させることを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
【請求項３】
前記放電灯点灯装置は、さらに、
前記タイミング制御部による前記インバータ回路に対する発振動作の開始タイミングの制御に対応して、前記インバータ回路の発振周波数を制御するインバータ制御部を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２いずれかに記載の放電灯点灯装置。
【請求項４】
脈流成分を含む直流電圧を昇圧する昇圧チョッパ回路と、
前記昇圧チョッパ回路が昇圧した直流電圧を発振動作によって高周波電圧に変換し、変換した高周波電圧を放電灯に供給するインバータ回路と、
前記昇圧チョッパ回路が停止状態から動作を開始した場合に、前記昇圧チョッパ回路の動作開始時から所定の期間、所定の閾値以上の動作周波数で前記インバータ回路を発振させるインバータ制御部と
を備えたことを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項５】
前記インバータ制御部は、
前記昇圧チョッパ回路が停止状態から動作を開始した場合に、前記昇圧チョッパ回路の動作開始時から所定の期間、予め定められた一定の動作周波数で前記インバータ回路を発振させることを特徴とする請求項４に記載の放電灯点灯装置。
【請求項６】
請求項１〜５いずれかに記載の放電灯点灯装置を備えた照明器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、放電灯を点灯させる放電灯点灯装置に関し、昇圧チョッパ回路の
オーバーシュート電圧による放電灯のコールドスタート対策に関する。
【背景技術】
【０００２】
放電灯の場合、図１０に示すように、放電前にフィラメントを１〜２秒程度予熱（図１０の予熱期間モード）させる。しかし予熱期間であっても、放電灯の両端に一定以上の電圧（始動電圧）が印加された場合、放電灯は、フィラメントの予熱が不充分であっても放電を開始してしまう。これは「コールドスタート」と呼ばれ、ランプ（放電灯）の早期黒化、すなわち短寿命の原因となる。
【０００３】
一方、インバータ回路の電源となる昇圧チョッパ回路は、図１１に示すように、動作開始時にリンギング状のオーバーシュート電圧が発生する。また、ランプ両端電圧は、昇圧チョッパ回路の出力電圧に影響されるので、オーバーシュート電圧発生時は、その後の安定時に比べてランプ両端にはリンギング状の高い電圧が印加されるため、この間にランプが放電、すなわちコールドスタートしてしまい、ランプの早期黒化、短寿命となるという課題があった（例えば特許文献１）。
【特許文献１】特開平６−５３７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この発明は、昇圧チョッパ回路の動作開始時にリンギング状のオーバーシュート電圧が発生しても、ランプ両端電圧が始動電圧に到達することがない放電灯点灯装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明の放電灯点灯装置は、
放電灯を点灯させる放電灯点灯装置において、
脈流成分を含む直流電圧を発振動作によって昇圧する昇圧チョッパ回路と、
前記昇圧チョッパ回路が昇圧した直流電圧を発振動作によって高周波電圧に変換し、変換した高周波電圧を前記放電灯に供給するインバータ回路と、
前記昇圧チョッパ回路と前記インバータ回路との発振動作の開始タイミングを制御するタイミング制御部と
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
この発明により、昇圧チョッパ回路の動作開始時にリンギング状のオーバーシュート電圧が発生しても、ランプ両端電圧が始動電圧に到達することがない放電灯点灯装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
実施の形態１．
図１は、本実施の形態における放電灯点灯装置１００の回路構成を示す。図１に示すように、放電灯点灯装置１００は、ダイオードブリッジ１０、昇圧チョッパ回路２０、インバータ回路３０、負荷回路４０、昇圧チョッパ回路２０を制御するチョッパ制御回路１３０、インバータ回路３０の動作周波数（発振周波数）を制御する動作周波数制御回路１２０（インバータ制御部）、チョッパ制御回路１３０と動作周波数制御回路１２０との動作開始のタイミングを制御するタイマー回路１１０（タイミング制御部）とを備える。
【０００８】
図１において、商用電源２００は、ダイオードブリッジ１０で整流され、脈流成分を持つ直流電源として昇圧チョッパ回路２０に供給される。
【０００９】
昇圧チョッパ回路２０は、チョークコイルＴ１、スイッチング素子Ｑ１、ダイオードＤ１、コンデンサＣ１により、ダイオードブリッジ１０から供給される直流電圧を昇圧し、放電灯ＬＡ（ランプという場合がある）を負荷とするインバータ回路３０に、この昇圧した直流電圧を供給する。
【００１０】
チョッパ制御回路１３０は、スイッチング素子Ｑ１を発振させることにより昇圧チョッパ回路２０を動作させる。
【００１１】
インバータ回路３０は、スイッチング素子Ｑ２及びスイッチング素子Ｑ３により構成され、スイッチング素子Ｑ２及びスイッチング素子Ｑ３によるスイッチングにより、昇圧チョッパ回路２０から供給される直流電圧を高周波電圧に変換し、この高周波電圧を負荷回路４０に供給する。
【００１２】
動作周波数制御回路１２０は、インバータ回路３０のスイッチング素子Ｑ２とスイッチング素子Ｑ３とを所定の発振周波数で発振させる。
【００１３】
負荷回路４０は、結合コンデンサＣ３とバラストチョークＴ２と放電灯ＬＡとから構成される直列回路、及び放電灯ＬＡに並列に接続された始動コンデンサＣ２から構成される。
【００１４】
タイマー回路１１０は、チョッパ制御回路１３０と動作周波数制御回路１２０とのそれぞれを制御することにより、昇圧チョッパ回路２０とインバータ回路３０との発振動作の開始タイミングを制御する。
【００１５】
図２は、図１に対して、チョッパ制御回路１３０と動作周波数制御回路１２０とを一つの集積回路として形成したことを示している。このようにチョッパ制御回路１３０と動作周波数制御回路１２０とを一つの集積回路として形成することも可能であり、この集積化により、部品が削減され、回路設計及び基板設計がしやすくなると共に小形化が可能である。
【００１６】
次に、図３〜図４を参照して、オーバーシュート電圧による放電灯ＬＡへの影響を説明する。図３（ａ）は、図１のインバータ回路３０を抜き出したものである。直流電源Ｅは昇圧チョッパ回路２０に相当する。図３（ｂ）は、（ａ）に示す回路の等価回路である。図３（ａ）において、結合コンデンサＣ３は、直流阻止用である。この結合コンデンサＣ３の容量をＣ３、始動コンデンサＣ２の容量をＣ２と表記するものとすれば、Ｃ２はＣ３に比べてはるかに小さい（Ｃ２＜＜Ｃ３）。
したがって、負荷回路４０の合成容量は、
Ｃ２＋Ｃ３≒Ｃ２
となる。
また、ランプは、点灯中には等価的に抵抗とみなせるが、予熱期間は放電していないので等価的には無限大の抵抗と考えられる。
よって、（ａ）の等価回路は（ｂ）となる。
よって、図３（ｂ）において、予熱期間のランプ電圧ＶＬは、次の（式１）のように表せる。
ＶＬ＝Ｖ×（ＺＣ２／Ｚ）      （式１）
ここで、
ＺＣ２＝１／（２π×ｆ×Ｃ２）、
Ｚ＝√（（（２π×ｆ×Ｔ２）−（１／（２π×ｆ×Ｃ２）））＾２）
である。
また、記号は以下を示す。
ＶＬ：予熱期間のランプ電圧、
ＺＣ２：始動コンデンサＣ２のインピーダンス、
Ｚ：負荷インピーダンス、
π：円周率、
ｆ：インバータ回路動作周波数、
Ｃ２：始動コンデンサＣ２の容量値、
Ｔ２：バラストチョークＴ２のインダクタンス値
【００１７】
なお、インバータ回路３０は、誘導性の負荷なので上記（式１）より、インバータ回路３０の動作周波数ｆが高い方がランプ電圧ＶＬは低くなる。
【００１８】
図４は、負荷回路４０の共振特性を示す共振曲線である。この共振曲線に示すように、放電灯ＬＡの予熱期間では、昇圧チョッパ回路２０の動作開始により生じるオーバーシュートがなければ、動作周波数制御回路１２０は、図４の実線で示す共振曲線１（安定時）に基づき、インバータ回路３０の動作周波数を
ｆｐｒｅ→ｆｓ
に制御してランプ両端に始動電圧を印加しランプを放電させ、更に、ｆｓ→ｆｏｐに制御してランプを点灯させる。
【００１９】
一方オーバーシュート時は、共振曲線１（安定時）に比べて図３（ｂ）に示すＶが高くなることと等しいので、図４に破線で示す共振曲線２（オーバーシュート時）に基づく。このため、動作周波数制御回路１２０は、インバータ回路３０の動作周波数をｆｐｒｅよりも高くする必要が生じる。動作周波数をｆｐｒｅよりも高くしないとすれば、ランプ両端にはいきなり始動電圧レベルの電圧が印加され、ランプが放電してしまう。すなわち、ランプが「コールドスタート」してしまう。以下では図５〜図９を用いて、図１に示した放電灯点灯装置１００が、この「コールドスタート」に対して対応可能であることを説明する。
【００２０】
図１の放電灯点灯装置１００は、タイマー回路１１０が、チョッパ制御回路１３０と動作周波数制御回路１２０とのそれぞれを制御することにより、昇圧チョッパ回路２０とインバータ回路３０との発振動作の開始タイミングを制御する。これにより、昇圧チョッパ回路２０の動作開始時にリンギング状のオーバーシュート電圧が発生する場合であっても、タイマー回路１１０が、昇圧チョッパ回路２０とインバータ回路３０との発振動作の開始タイミングを制御するので、オーバーシュート電圧による放電灯ＬＡへの影響をなくすことができる。また、動作周波数制御回路１２０が、タイマー回路１１０によるインバータ回路３０に対する発振動作の開始タイミングの制御に対応して、インバータ回路３０の発振周波数を制御する。このため、昇圧チョッパ回路２０とインバータ回路３０との発振動作の開始タイミングが同一、あるいは接近している場合でもオーバーシュート電圧による放電灯ＬＡへの影響をなくすことができる。以下にこれらについて説明する。
【００２１】
図５は、図１に示すタイマー回路１１０が、動作周波数制御回路１２０に出力するインバータ起動信号と、チョッパ制御回路１３０に出力するチョッパ起動信号とを示す図である。横軸は時間を示し、縦軸は信号のＯＮ／ＯＦＦ状態を示す。また、時刻ｔ１はチョッパ起動信号がＯＮになる時刻、時刻ｔ２はインバータ起動信号がＯＮになる時刻を示している。チョッパ起動信号がＯＦＦからＯＮとなる位置（時刻ｔ１）にオーバーシュートが発生することを示す山形の破線を記載している。動作周波数制御回路１２０は、インバータ起動信号（ＯＮ）を入力すると、ただちにインバータ回路３０のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３を発振させる。同じく、チョッパ制御回路１３０はチョッパ起動信号（ＯＮ）を入力すると、ただちに昇圧チョッパ回路２０のスイッチング素子Ｑ１を発振させる。よって、山形の破線位置でオーバーシュート電圧が発生する。もちろん、チョッパ起動信号の出力時刻、チョッパ制御回路１３０の動作開始時刻、昇圧チョッパ回路２０の動作開始時刻、オーバーシュート電圧の発生時刻は同時ではないが、図１１に示すように、０．１秒程度の短い時間である。よって、以下では、チョッパ駆動信号（ＯＮ）の出力と同時にオーバーシュート電圧が発生し、また、インバータ駆動信号の出力と同時にインバータ回路３０が発振を開始するものとして説明を進める。
【００２２】
図５の場合では、タイマー回路１１０は、チョッパ制御回路１３０と動作周波数制御回路１２０とのそれぞれの動作開始のタイミングを制御することより、昇圧チョッパ回路２０をインバータ回路３０よりも所定の時間Ｔ１（時刻ｔ１〜時刻ｔ２）だけ先に発振開始させる。すなわち、タイマー回路１１０は、時刻ｔ１においてチョッパ制御回路１３０を起動させるチョッパ起動信号をチョッパ制御回路１３０に出力する。チョッパ制御回路１３０は、チョッパ起動信号を入力すると昇圧チョッパ回路２０のスイッチング素子Ｑ１を発振させる（時刻ｔ１）。よって、時刻ｔ１においてオーバーシュート電圧が発生する。また、タイマー回路１１０は、時刻ｔ２において動作周波数制御回路１２０を起動させるインバータ起動信号を動作周波数制御回路１２０に出力する。動作周波数制御回路１２０は、インバータ起動信号を入力するとインバータ回路３０のスイッチング素子Ｑ２、Ｑ３を発振させる（時刻ｔ２）。この場合、図５に示すように、タイマー回路１１０は、所定の時間Ｔ１だけ先に昇圧チョッパ回路２０を動作させるため、オーバーシュート電圧による放電灯ＬＡへの影響をなくすことができる。
【００２３】
図６は、タイマー回路１１０が、チョッパ起動信号とインバータ起動信号とを、ほぼ同時に出力する場合を示している。このような場合、動作周波数制御回路１２０が、所定の周波数でインバータ回路３０を発振させることにより、オーバーシュート電圧の影響をなくすことができる。すなわち、図６のような場合には、動作周波数制御回路１２０は、図７に示すように、インバータ回路３０の発振周波数を制御する。図７（ａ）は、インバータ回路３０の動作周波数（スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の発振周波数）を示す。横軸は時間を示し、縦軸はインバータ回路３０の動作周波数である。図７（ｂ）は、（ａ）に対応して発生するランプ電圧を示す。図７の「ｔ＝０」は、図６の「ｔ２」（インバータ起動信号の出力時刻）に相当する。縦軸はランプ電圧ＶＬを示す。図７（ａ）に示すように、動作周波数制御回路１２０は、予熱モードの初期にはそれ以降の予熱モードに対し、「０〜ｔａ」の所定の期間、予め設定された閾値ｆｔｈ以上の周波数ｆｐｒｅ１でインバータ回路３０を発振させる。このように、所定の期間、予め設定された閾値ｆｔｈ以上の周波数ｆｐｒｅ１でインバータ回路３０を発振させることにより、図４において周波数ｆｐｒｅ１でインバータ回路３０が発振することとなるため、オーバーシュート電圧が発生した場合であっても放電灯ＬＡの予熱電圧の増大を抑制することが可能となる。
【００２４】
図８は、図７と類似の周波数制御を示す図である。図７（ａ）の場合は予熱期間の当初の所定期間、一定の周波数ｆｐｒｅ１でインバータ回路３０を発振させたのに対し、図８（ａ）の場合は、時刻０から時刻ｔａに向けて周波数を周波数ｆｐｒｅ１から周波数ｆｐｒｅ２に滑らかに減少させていく周波数制御である。図８（ａ）の場合、「０〜ｔ」の所定の期間を、閾値ｆｔｈ以上の可変的な周波数でインバータ回路３０を発振させる。このような滑らかな制御により、図７（ａ）の場合に比べて時刻０〜ｔａのランプ電圧の変化が緩やかになる。
【００２５】
図９は、タイマー回路１１０がチョッパ制御回路１３０と動作周波数制御回路１２０とのそれぞれを制御することにより、昇圧チョッパ回路２０をインバータ回路３０よりも遅く発振開始させることを示す図である。このような場合は、動作周波数制御回路１２０は、例えば図７（ａ）の時刻０〜時刻ｔａに相当する期間Ｔ２の間、周波数ｆｐｒｅ１でインバータ回路３０を発振させ、その期間Ｔ２の経過後、周波数ｆｐｒｅ２で発振させればよい。
【００２６】
本実施の形態の放電灯点灯装置１００は、昇圧チョッパ回路とインバータ回路の動作を同期させるタイマー回路を備えたので、オーバーシュート電圧発生時のランプ両端電圧をより確実に始動電圧以下に抑制することができる。
【００２７】
本実施の形態の放電灯点灯装置１００は、ランプの予熱開始時はその後の予熱期間に対して高い動作周波数で制御するので、昇圧チョッパ回路の動作開始時にリンギング状のオーバーシュート電圧が発生しても、ランプ両端電圧が始動電圧に到達することがないので、ランプの早期黒化、短寿命の原因となるコールドスタートを防止できる。
【００２８】
本実施の形態の放電灯点灯装置１００は、昇圧チョッパ回路２０の動作開始時にはその後の予熱期間に対して高い動作周波数でインバータ回路３０を制御するので、オーバーシュート電圧発生時のランプ両端電圧をより確実に始動電圧以下に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】放電灯点灯装置１００の回路構成を示す図。
【図２】図１のチョッパ制御回路と動作周波数制御回路とを集積化した図。
【図３】等価回路を説明する図。
【図４】負荷回路の共振特性を示す図。
【図５】タイマー回路がチョッパ起動信号をインバータ起動信号より先に出力する図。
【図６】タイマー回路がチョッパ起動信号とインバータ起動信号とを同時に出力する図。
【図７】動作周波数制御回路による周波数制御を説明する図。
【図８】動作周波数制御回路による周波数制御の別の例を説明する図。
【図９】タイマー回路がチョッパ起動信号をインバータ起動信号の後に出力する図。
【図１０】従来の技術を示す図。
【図１１】従来の技術を示す図。
【符号の説明】
【００３０】
Ｔ  チョークコイル、Ｄ１  ダイオード、Ｃ１  コンデンサ、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３  スイッチング素子、Ｔ２  バラストチョーク、ＬＡ  放電灯、Ｃ２  始動コンデンサ、Ｃ３  結合コンデンサ、１０  ダイオードブリッジ、２０  昇圧チョッパ回路、３０  インバータ回路、４０  負荷回路、１００  放電灯点灯装置、１１０  タイマー回路、１２０  動作周波数制御回路、１３０  チョッパ制御回路、２００  商用電源。
【図１】
2007265703.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2007265703.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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